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您的位置:大科技杂志社官方网站 >科学之谜> 整个宇宙到底有多少星光?

整个宇宙到底有多少星光?

当你走在金色的沙滩上,有没有想过一个问题:这片沙滩上到底有多少沙子?这个问题很难回答,因为沙子太小,而整片沙滩又太大了。

其实一个类似的问题也一直困扰着科学家们,整个宇宙中到底有多少星光?这里说的星光,是指宇宙星体发出的光子。

不过,这个问题最近刚刚有了答案。来自美国克莱姆森大学的天文物理学家马可·安杰洛和他的团队最近得出了一个数字:4×1084(数字4后面跟84个0),这个数字代表了宇宙中所有星体产生的光子数量。

物理学家认为光线由一个个微小的光子组成,当光子抵达我们的视网膜时,我们才能看到现实世界,对于那些看不见的光,我们无法知道它们的多少和确切位置。宇宙中充满了光子,这些光子来源于每一个星系、每一个恒星。恒星和星系在它们存在的时期,都曾向宇宙空间释放出光芒,这些光仍在宇宙的空间中穿行,只有一部分光会进入太阳系,照向地球,其余的大量的光子会“远离”太阳系或者银河系,形成河外星系背景光。

了解宇宙中的光也许可以帮助我们了解星体诞生和死亡的历史,因此,安杰洛和他的团队想要测量宇宙中的光。那么如何测量宇宙中的光呢?

为此,他们利用了费米伽马射线太空望远镜的观测数据。

费米望远镜是一个用来观察宇宙中最极端环境的太空望远镜,它能够探测到伽马射线(一种高能量的电磁波)。所有能够发射伽马射线的天体都是费米望远镜的观测对象,其中就包括耀变体。

耀变体是一种活跃的星系,以其剧烈的辐射和难以预测的行为而著称。在耀变体的核心是一个超大质量的黑洞,质量可以达到数千亿倍太阳质量。随着物质向黑洞盘旋下落,其中一部分会以粒子喷流的形式被“反弹”回去,粒子喷流(包括伽马射线)的速度近似光速,而我们只能观测到指向地球的粒子喷流,也就是说,对其进行观测的我们通常处于喷流的“下游”。

随着伽马射线穿梭在宇宙中,这些高能量的粒子会与宇宙中漂浮的光子相撞,产生电子和正电子对,并且损失掉一部分的能量。

安杰洛团队分析了所有739个耀变体的伽马射线观测数据,得到了因为光子碰撞而损失的伽马射线能量,并据此推测出宇宙背景光的密度。

在这些耀变体中,距离我们最近的有2亿光年之远,而最远的距离我们116亿光年。通过不同距离的能量损失,研究人员可以计算出不同时期宇宙光子的密度。

利用不同时期宇宙的光子密度,研究人员就可以重塑大爆炸后恒星和星系的产生历史。根据安杰洛的数据,大约100亿年前,宇宙中的恒星形成率就达到了峰值,此后一直在下降。虽然恒星还在产生,但是宇宙似乎在衰老。除此之外,安杰洛团队还得到了整个宇宙历史中发出的全部星光,星光的总量就是开头提到的数字——4×1084


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